§ 9.2. Термическая обработка алюминиевых сплавов

Алюминий и его сплавы широко применяются в машиностроении. Алюминий обладает большой пластичностью, невысокой прочностью 98 МПа (σ_в = 10 кгс/мм²) и низкой твердостью (НВ25 – 28). Чистый алюминий обладает хорошей коррозионной стойкостью, так как на его поверхности образуется защитная пленка окиси алюминия Al₂O₃.

Для производства машинных деталей используется не чистый алюминий, а его сплавы. Алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы делятся на упрочняемые и не упрочняемые. Не упрочняемые термической обработкой сплавы характеризуются невысокой прочностью, высокой пластичностью и высокой коррозионной стойкостью (сплавы алюминий – марганец – АМц и алюминий – магний АМг). Применяются для малонагруженных деталей и деталей, работающих в агрессивных средах.

К упрочняемым термической обработкой алюминиевым сплавам относится дуралюмин.

Дуралюмин – это сплав А1 – Сu – Mg – Мn. Поставляется в виде профилей, прутков, труб, листов и других изделий. После холодной деформации дуралюмин подвергают смягчающему отжигу при температуре 340 – 370 °С. Закалку дуралюмина производят с температуры 490 – 510 °С с охлаждением в воде. Недогрев не обеспечивает получения необходимых свойств, а перегрев вызывает окисление и частичное оплавление границ зерен.

После закалки дуралюмин подвергают старению, что обеспечивает получение высокой прочности и твердости. Естественное старение при обычных температурах в течение 5 – 7 суток повышает прочность с 245 до 392 МПа (с 25 до 40 кгс/мм²). Искусственное старение проводят при 150 – 180 °С в течение 2 – 4 ч.

Сплавы авиаль АВ (Al – Mg – Si – Сu) уступают по прочности дуралюмину, но обладают лучшей пластичностью. Поставляются в виде листов, труб и других изделий. Подвергаются закалке с температуры 515 – 528 °С с охлаждением в воде.

Для ковки и штамповки применяют алюминиевые сплавы АК обладающие высокой пластичностью при температурах ковки 450 – 475 °С. Закалка с 490 – 515 °С в воде и старение при 150 – 160 °С в течение 5 – 15 ч.

Литейные сплавы алюминия АЛ (Al – Si) называются силуминами. Структура литых сплавов более груба и крупнозерниста, чем у деформированных.

Сплав АЛ2, в котором 10 – 13 % Si, имеет малую усадку и высокую жидкотекучесть. Применяется для отливок сложной формы от которых не требуются высокие механические свойства. Для повышения механических свойств сплава его модифицируют, т. е. перед самой разливкой вводят в сплав соли натрия в количестве 1% от массы жидкого металла. При этом σ_в и σ возрастают до модифицирования со 137 МПа (14 кгс/мм²) и 3 % до 177 МПа (18 кгс/мм²) и 8 % после модифицирования.

Силумины с добавками меди, магния и марганца обладают более высокими механическими свойствами (например, сплавы АЛЗ, АЛ4 и др.). Закалка силуминов производится с температурой 520 – 540 °С, искусственное старение проводят при температуре 150 – 180 °С в течение 10 – 20 ч.

§ 9.3. Термическая обработка магниевых и титановых сплавов

Магний обладает малой плотностью (1,70 г/см³), пластичен, имеет низкую прочность 177 МПа (18 кгс/мм²) и высокую активность по отношению к кислороду. Применяется в основном в виде сплавов в различных областях техники.

Основными легирующими элементами магния являются алюминий, цинк и марганец. Сплавы магния, как и алюминиевые, подразделяют на деформируемые (МА) и литейные (МЛ).

Деформированные магниевые сплавы отжигаются для рекристаллизации и повышения пластичности (340 – 400 °С в течение 3 – 12 ч), а отливки – для снятия напряжений (200 – 250 °С). Закалка литых магниевых сплавов производится с 380 °С (МЛ4) или 415 °С (МЛ5) с выдержкой в течение 10 – 16 ч, охлаждением на воздухе и последующим старением при 175 °С в течение 15 – 16 ч. Сплав МЛ4 после закалки и старения имеет прочность 245 МПа (σ_в = 25 кгс/мм²), σ = 4%.

Титан – серебристо – белый металл с малой плотностью (1,5 г/см³) и высокой температурой плавления (1672 °С). Титан имеет две аллотропические модификации: α – низкотемпературную с плотноупакованной гексагональной решеткой и β – высокотемпературную с кубической объемно – центрированной решеткой. Температура перехода α↔β равна 882 °С. Свойства титана зависят от чистоты. Присутствие углерода снижает ковкость, ухудшает обрабатываемость резанием и свариваемость титана. Наличие кислорода и азота повышает прочность титана, но снижает пластичность. Водород повышает чувствительность титана к хрупкому разрушению.

Титан обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере, морской воде и в ряде кислот. Титан хорошо куется и сваривается.

Различают три вида титановых сплавов: α-сплавы – малопластичны, не упрочняются термической обработкой; β-сплавы – наиболее пластичны, но менее прочны, при высоких температурах (выше 700 °С) легко поглощают кислород и азот. Не испытывают фазовых превращений, упрочняются термообработкой; (α + β) – сплавы – хорошо куются, штампуются, обладают большой прочностью и подвергаются термообработке

Практическое применение нашли α – и (α + β) – сплавы..

Для повышения износостойкости титановые сплавы подвергают химико-термической обработке – цементации или азотированию. Азотирование проводится при температуре 850 – 950 °С в течение 15 – 25 ч в диссоциированном аммиаке или сухом, очищенном от кислорода азоте, в результате образуется тонкий (около 0,1 мм) слой, насыщенный азотом с твердостью HV 1000 – 1200.

1

2